DNA羟甲基化测序技术

5-羟甲基胞嘧啶(5-hydroxymethylcytosine, 5hmC)是继5-甲基胞嘧啶(5-methylcytosine, 5mC)之后发现的第六种碱基, 已在多种哺乳动物组织和细胞中检出. 与5mC相比, 5hmC的含量更低, 但5hmC也具有非常重要的生物学功能. 已有的研究表明, 5hmC参与了染色体重新编程、基因表达的转录调控, 并在DNA去甲基化过程中发挥重要作用. 另外, 5hmC可能与特定肿瘤的发生密切相关, 有可能成为肿瘤早期诊断的生物标志物. 因此, 发展可靠、灵敏和准确的5hmC检测技术至关重要. 本综述针对DNA羟甲基化的检测及测序技术进行了简要介绍.     

表观遗传修饰——5-羟甲基胞嘧啶检测的研究进展

表观遗传修饰是指在不改变DNA序列的情况下, 基因表达发生的可遗传变化. 5-羟甲基胞嘧啶(5-hydroxymethylcytosine, 5hmC)是继5-甲基胞嘧啶(5-methylcytosine, 5mC)后发现的表观遗传修饰, 被称为“第六种碱基”. 5hmC广泛分布于哺乳动物的组织和细胞中, 它的异常表达与肿瘤发生、发育性疾病和神经系统疾病密切相关. 由于5hmC的结构与5mC相似, 并且其丰度远远低于5mC, 传统方法难以实现对5hmC的准确和灵敏检测. 近年来, 科学家们结合新的修饰方法和信号放大策略, 发展了一系列超灵敏检测5hmC的新方法, 包括液相色谱串联质谱法、荧光法、电化学法、光电化学法、单碱基分辨率的测序法和单分子检测技术. 这些方法各自具有其独特优势, 有力推动了表观遗传学的发展. 本综述总结了5hmC检测方法的最新研究进展, 并对其面临的挑战和发展趋势做了展望.     

老鼠Tet1蛋白能氧化单链脱氧核糖核酸上的5-甲基胞嘧啶到5-羟甲基胞嘧啶和5-羧基胞嘧啶(英文)

5-甲基胞嘧啶在哺乳动物细胞中具有广泛的作用.而它被双脱氧家族Tet蛋白氧化所得的产物5-羟甲基胞嘧啶、5-醛基胞嘧啶和5-羧基胞嘧啶也被证明在细胞发育和5-甲基胞嘧啶动态平衡调控中具有关键的作用.已有的研究结果表明,Tet蛋白能够识别双链DNA上的5-甲基胞嘧啶,并将其氧化成5-羟甲基胞嘧啶、5-醛基胞嘧啶和5-羧基胞嘧啶.我们通过质谱仪检测发现,老鼠Tet1蛋白的DNA结合结构域还能识别和氧化单链DNA上的5-甲基胞嘧啶.这一发现暗示我们,Tet蛋白家族不但具有已经发现的氧化双链DNA上5-甲基胞嘧啶的功能,还有可能作用于DNA的复制及转录,甚至具有氧化单链RNA上对应的甲基修饰碱基的能力.     

液相色谱-串联质谱分析组织中基因组脱氧核糖核酸羟甲基胞嘧啶水平

5-羟甲基胞嘧啶通过阻止脱氧核糖核酸(DNA)甲基化转移酶1(DMNT1)甲基化胞嘧啶来影响DNA甲基化的程度。本文建立了液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)测定组织中全基因组5-羟甲基胞嘧啶水平的方法。采用苯酚-氯仿提取组织DNA,提取的DNA用88%甲酸在140 ℃下裂解,DNA裂解液加入同位素胞嘧啶作内标,经N2吹干后,加乙腈-水(9:1, v/v)溶解,用LC-MS/MS检测5-羟甲基胞嘧啶的含量,并计算全基因组中5-羟甲基胞嘧啶的水平。结果表明,5-羟甲基胞嘧啶的线性范围为0.1～30 ng/mL,相关系数为0.9969,检出限(信噪比为3计)和定量限(信噪比为10计)分别为0.057 ng/mL和0.090 ng/mL;日内相对标准偏差和日间相对标准偏差分别为5.13%和6.24%;加标回收率为90.24%～97.53%。用该方法检测了大鼠大脑组织DNA羟甲基化水平,平均结果为0.66%。该方法简便,重现性好,灵敏度较高,能满足全基因组5-羟甲基胞嘧啶定量检测的要求。     

5-甲基胞嘧啶锁核酸的合成新方法

设计了一种新的合成5-甲基胞嘧啶锁核酸{(1R,3R,4R,7S)-3-[(5-甲基-4-N-苯甲酰基胞嘧啶-1-基)-7-(2-氰基乙氧基)-(N,N-二异丙基)膦氧代]-1-(4,4’-二甲氧基三苯代甲基氧基甲基)-2,5-二氧杂二环-[2.2.1]庚烷(1)}的方法。以3-苄氧基-4-C-羟甲基-1,2-O-异亚丙基-α-D-呋喃核糖为起始原料,经取代、水解等12步反应合成了1,总收率21.0%,其结构经1H NMR和MS确证。     

亲水作用色谱法测定组织中全基因组DNA甲基化水平

建立了亲水作用色谱(HILIC)测定组织中全基因组DNA甲基化水平的方法。采用苯酚-氯仿提取组织中的DNA,提取的DNA用88%甲酸在140 ℃下裂解,经N2吹干后,加乙腈-水(9:1, v/v)溶解,用Waters BEH HILIC柱进行分离,在277 nm波长下检测胞嘧啶(Cyt)及5-甲基胞嘧啶(5-mCyt)含量。结果表明,以乙腈-10 mmol/L甲酸铵溶液(94:6, v/v)为流动相,流速为0.5 mL/min, Cyt与5-mCyt分离较好,保留时间分别为2.6与3.1 min。胞嘧啶的线性范围为1～900 μmol/L,相关系数为0.9999; 5-甲基胞嘧啶的线性范围为1～64 μmol/L,相关系数为0.9998。胞嘧啶和5-甲基胞嘧啶的检出限为54 nmol/L(柱中为0.54 pmol),定量限为250 nmol/L(柱中为2.5 pmol);在5～900 μmol/L的添加水平下,胞嘧啶和5-甲基胞嘧啶的平均加标回收率为94.7%～100.5%,相对标准偏差小于1.48%。用该方法检测了结肠癌组织中DNA甲基化水平,结果显示该癌组织中全基因组的DNA甲基化均值为4.0%。该方法快速、简单,稳定性好,灵敏度较高,能满足全基因组DNA甲基化的检测要求。     

基于2-脲基-4[1氢]-嘧啶酮AADD四氢键体系的光谱行为研究

基于互补型四氢键体系缔合常数大、稳定性高的特点,本论文设计合成了一系列2-脲基-4[1氢]-嘧啶酮的衍生物分子,N-[(正丁基氨基)甲酰基]- 5-(9-蒽甲基)-6-甲基异胞嘧啶(An-MeUP)、N-[(正丁基氨基)甲酰基]-5-(β-萘甲基)-6-甲基异胞嘧啶(NaMeUP)、N-[(正丁基氨基)甲酰基]-6-(4-二甲氨基)苯基异胞嘧啶(DMAUP),发现这类分子在二氯甲烷或氯仿溶液中通过AADD四氢键作用形式存在.稳态和时间分辨技术揭示出2-脲基-4 [1氢]-嘧啶酮的衍生物分子具有丰富的光谱性质,能对光、质子、氟离子等外界的刺激产生高灵敏度的响应,为进一步开发其在超分子化学中的应用打下基础.     

白菜DNA甲基化水平的反相离子对高效液相色谱法研究

建立了反相离子对液相色谱测定白菜的DNA甲基化水平的方法。采用的色谱柱为HypersilBDSC18柱(200mm×4.0mm,5μm),以pH4.0的甲醇-5mmol·L-1庚烷磺酸钠-三乙胺(10:90:0.2,体积比)的混合液为流动相,UV检测器波长为273nm。通过测定DNA水样所产生的胞嘧啶和甲基胞嘧啶的含量,即可得知DNA甲基化程度。胞嘧啶和甲基胞嘧啶回收率分别为99.6%及103.3%,RSD为3.7%(日内)及5.2%(日间)。     

含有2'-O-甲基伪胞苷的寡核苷酸合成用于DNA三链的合成

三绞脱氧核糖核酸生成的可能性已知对双绞DNA的结构和功能有直接的影响,为增长三重态DNA生成的稳定性。我们设计并合成了2-氨基-5-(2-O-甲基-β-D-呋喃核糖基)-4(1H)-嘧啶酮或2'-O-甲基拟异胞嘧啶并取代第三股上的原来的碳。     

5-甲基胞嘧啶及胞嘧啶无辐射失活的半经典动力学模拟和CASSCF计算

采用半经典动力学方法模拟了5-甲基胞嘧啶(5m-Cyt)和胞嘧啶(Cyt)在267 nm紫外光辐射下的光物理失活过程. 模拟发现, 5m-Cyt 和Cyt 的激发态通过C₅－C₆键的扭曲以及甲基(或H₅)和H₆原子平面外振动失活.失活时, 甲基(或H₅)和H₆原子几乎与环面垂直并指向不同方向, 形成“双自由基态”. 由于甲基的体积比H原子的大, 振动频率较小, 使得C₅原子的变形受到抑制, 导致5m-Cyt 的激发态寿命比胞嘧啶更长. 完全活性空间自洽场(CASSCF)计算显示, 5m-Cyt的圆锥交叉(CI)点能量比Cyt 高0.3 eV, 这也证明5m-Cyt演化至CI 需要克服更大的能垒, 因此激发态寿命长于胞嘧啶.